第二章有机化合物的分子结构与基本性质

1、1 第二章第二章 有机化合物的分子结构与基本性质有机化合物的分子结构与基本性质 一有机化合物的特点一有机化合物的特点 二有机化合物的结构二有机化合物的结构 三有机化学反应的类型三有机化学反应的类型 四有机化学中的酸碱理论四有机化学中的酸碱理论 五五 研究有机物的研究有机物的方法方法 六六 有机化合物的分类有机化合物的分类 2 一、有机化合物的一般特点一、有机化合物的一般特点 1、有机物的组成、结构特点、有机物的组成、结构特点 （1）组成特点）组成特点 首先碳原子连接方式多样，可以首先碳原子连接方式多样，可以单键、双键或单键、双键或 三键三键连接，连成直链、支链或环状化合物。其次连接，连成直链、

2、支链或环状化合物。其次 有机物的有机物的同分异构现象普遍。同分异构现象普遍。 例如：分子式例如：分子式C5H12的的同分异构体有同分异构体有3种种, C2H6O的的 同分异构体有同分异构体有2种。种。 3 （2 2）结构特点）结构特点 有机化合物几乎均以有机化合物几乎均以共价键共价键相结合而形成共价相结合而形成共价 化合物。化合物。 碳原子的核外有六个电子，最外层为四个电子，碳原子的核外有六个电子，最外层为四个电子， 它在元素周期表中处于既不容易得到电子，又不容易它在元素周期表中处于既不容易得到电子，又不容易 失去电子的中间位置失去电子的中间位置。 4 2 2有机物的性质特点有机物的性质特点

3、（1 1）易于燃烧）易于燃烧 （2 2）熔点、沸点低，热稳定性差，易于分解）熔点、沸点低，热稳定性差，易于分解 无机化合物无机化合物多是以离子键结合而形成的离子化合多是以离子键结合而形成的离子化合 物，其基本结构单元是阴、阳离子。熔点、沸点较高，物，其基本结构单元是阴、阳离子。熔点、沸点较高， 热稳定性好，不易分解热稳定性好，不易分解。如如NaCl的熔点的熔点801 、沸点、沸点 1413 。 有机化合物有机化合物是以共价键结合而是以共价键结合而形形成的共价化合物，成的共价化合物， 其基本结构单元是分子。其基本结构单元是分子。熔点，沸点较低，熔点，沸点较低，熔点熔点一般一般 在在300 以下，

4、沸点在以下，沸点在400以下。以下。 5 （3 3）不易溶解于水、易溶解于有机溶剂）不易溶解于水、易溶解于有机溶剂 有机化合物绝大多数是非极性或弱极性的化合物，有机化合物绝大多数是非极性或弱极性的化合物， 而大多数无机化合物是极性化合物，根据相似相溶原而大多数无机化合物是极性化合物，根据相似相溶原 理，理，可知有机化合物不溶或者难溶于水，易溶于有机可知有机化合物不溶或者难溶于水，易溶于有机 溶剂。溶剂。 例如：花生油不溶于水而易溶于乙醚；例如：花生油不溶于水而易溶于乙醚；NaCl易易 溶于水而不溶于乙醚。溶于水而不溶于乙醚。 6 （4）化学反应缓慢，副反应多，产物复杂）化学反应缓慢，副反应多，

5、产物复杂 无机化学反应无机化学反应一般是离子间的反应，瞬间即可完一般是离子间的反应，瞬间即可完 成，没有什么副反应。如：成，没有什么副反应。如：Ag+ + Cl- =AgCl(白白) 有机化学反应有机化学反应是分子间的反应，能发生反应的化是分子间的反应，能发生反应的化 学位置学位置通常不止一处通常不止一处，使其反应缓慢、副反应多、，使其反应缓慢、副反应多、 产物多而复杂。产物多而复杂。 7 二二 有机物的结构有机物的结构 1、原子轨道、原子轨道 原子轨道是波函数的图像，是描述原子原子轨道是波函数的图像，是描述原子 核外电子运动状态的数学函数式。原子核外电子运动状态的数学函数式。原子 轨道有轨道

6、有s,p,d等不同形状。与有机化合物等不同形状。与有机化合物 相关的原子轨道有相关的原子轨道有s轨道和轨道和p轨道。轨道。 X Y Z 球形的球形的S原子轨道原子轨道 8 PX PZPY P轨道呈哑铃形轨道呈哑铃形,有三个能量有三个能量 相同轨道（简并轨道）相同轨道（简并轨道）, 三个三个P轨道的轴相互垂直。轨道的轴相互垂直。 9 1）核外电子排布的规则：）核外电子排布的规则： 能量最低原理能量最低原理：电子尽可能占据能量最低的轨：电子尽可能占据能量最低的轨 道。原子轨道离核越近，受核的静电引力越大，能道。原子轨道离核越近，受核的静电引力越大，能 量越低，故轨道能级顺序是量越低，故轨道能级顺序

7、是1s2s2p3s3p 4s.。任何体系总是能量越低越稳定。任何体系总是能量越低越稳定。 保里不相容原理：保里不相容原理：同一个原子轨道最多容纳两个同一个原子轨道最多容纳两个 自旋方向相反自旋方向相反的电子。每一电子层中容纳的最多电的电子。每一电子层中容纳的最多电 子数为子数为2n2 洪特规则洪特规则：有几个等价轨道而又无足够电子填充：有几个等价轨道而又无足够电子填充 时，必须逐一各填一个自旋平行的电子后，才能容时，必须逐一各填一个自旋平行的电子后，才能容 纳第二个电子。纳第二个电子。 2 共价键共价键 10 C L 2S 2PX 1S K 核外电子排布式核外电子排布式 1S22S22P2 “

8、1S2”中中1代表第代表第1电子层，即电子层，即K层，层， 2代表代表1S轨道上有轨道上有2个电子。个电子。 2PY 2PZ 11 N原子原子 电子排布式电子排布式 : 1S2 22S22P3 或或 1S2 22S22Px12Py12Pz1 12 O原子原子 电子排布式电子排布式 :1S2 22S22P4或或1S2 22S22Px22Py12Pz1 13 F原子原子 电子排布式电子排布式 :1S2 22S22P5或或1S2 22S22Px22Py22Pz1 14 Cl原子 电子排布式电子排布式 :1S2 22S22P63S23P5 15 条件：一是两原子要有成单电子，而且自旋方向相反。条件：一

9、是两原子要有成单电子，而且自旋方向相反。 二是两原子轨道要发生最大程度的重叠。二是两原子轨道要发生最大程度的重叠。 2）形成共价键的条件和特点形成共价键的条件和特点 16 特点：特点： 饱和性饱和性 因为因为 每个原子提供的轨道和成单电子数是一每个原子提供的轨道和成单电子数是一 定，一个原子的未成对的成单电子与另一个未成对的定，一个原子的未成对的成单电子与另一个未成对的 成单电子配对成键后，就不能再与其他未成对的成单成单电子配对成键后，就不能再与其他未成对的成单 电子配对。电子配对。 方向性方向性 原子轨道重叠时原子轨道重叠时遵守最大重叠原理遵守最大重叠原理，即原子，即原子 轨道沿键轴方向重叠

10、程度最大，形成共价键最牢固。轨道沿键轴方向重叠程度最大，形成共价键最牢固。 一个原子与周围原子形成共价键时，有一定的夹角。一个原子与周围原子形成共价键时，有一定的夹角。 17 18 + 大 小 无 HCl 19 3）共价键两种类型）共价键两种类型键和键和键键 键：原子轨道沿着原子核联线的方向以头碰头方式相键：原子轨道沿着原子核联线的方向以头碰头方式相 互重叠形成的共价键。互重叠形成的共价键。 SS PXPX SPX 20 键：键：原子轨道沿着原子核联线的方向以平行、肩原子轨道沿着原子核联线的方向以平行、肩 并肩方式相互重叠形成的共价键。如并肩方式相互重叠形成的共价键。如 中中3个个 共价键，其

11、中共价键，其中2个共价个共价键，键，1个是个是键）键） + NN 21 与与的区别的区别 键键 键键 自由度自由度 能自由能自由 旋转旋转 不可不可 自由自由 旋转旋转 形成方式形成方式 肩并肩侧肩并肩侧 面交盖而面交盖而 成成 头碰头交头碰头交 盖而成盖而成 重叠程度重叠程度 小，键能小，键能 小，流动小，流动 性大性大 大，键能大，大，键能大， 流动性小流动性小 结论结论 键不稳定，易破裂键不稳定，易破裂 键稳定，不易破裂键稳定，不易破裂 22 H H 12O0 O H H H 例：甲烷中：例：甲烷中：HCH为为10928 丙烷中：丙烷中：CCC为为112 环丙烷中：环丙烷中：CCC为为6

12、0 4）键参数）键参数 ：键长，键角，键能，键的极性：键长，键角，键能，键的极性 键长：键长：形成共价键的两个原子核间平均距离，单位形成共价键的两个原子核间平均距离，单位nm。 键角键角：两个共价键之间的夹角。：两个共价键之间的夹角。 C H 109.50 23 吸热吸热 键的离解能：键的离解能：1mol气态双原子分子中的共价键断裂，离气态双原子分子中的共价键断裂，离 解为两个气态原子所需要的能量。解为两个气态原子所需要的能量。 AB（g） A（g） + B（g） 键能键能 ：共价键断裂或形成时，所吸收或放出的能量。双共价键断裂或形成时，所吸收或放出的能量。双 原子分子中，键的离解能与键能原子

13、分子中，键的离解能与键能 相同。相同。 24 键的离解能键的离解能=435. 1KJ/mol 键的离解能键的离解能=443.5KJ/mol 键的离解能键的离解能=443.5KJ/mol 键的离解能键的离解能 =338.9 KJ/mol . CH 键能键能= （435. 1+443.5+ 443.5+ 338.9）/4 =415.3KJ/mol 25 5）键的极性）键的极性 共价键的极性取决于键合原子的电负性。共价键的极性取决于键合原子的电负性。 元素电负性指该元素原子吸引电子的能力。元素电负性指该元素原子吸引电子的能力。 常见元素电负性常见元素电负性 同一周期同一周期,从左到右从左到右,电负性

14、增大电负性增大 同一主族，从上到下同一主族，从上到下,电负性减小电负性减小 26 元素元素电负性电负性元素元素电负性电负性 H2.1 C2.5F4.0 N3.0Cl3.0 O3.5Br2.8 F4.0I2.5 27 两个不同种类原子形成的共价键，电子云偏向较大的两个不同种类原子形成的共价键，电子云偏向较大的 电负性的一方，使其带负电荷电负性的一方，使其带负电荷。键的极性用键的极性用偶极矩表示偶极矩表示 C + Cl - H Cl =1.46D =1.03D 偶极矩偶极矩 =qd 偶极长（偶极长（d）：正负电荷中心的距离。电量（：正负电荷中心的距离。电量（q）：正：正 负电荷中心的电荷。负电荷中

15、心的电荷。 28 29 6）分子间的力）分子间的力 A 偶极偶极偶极作用力（也叫定向力）：产生偶极作用力（也叫定向力）：产生 于具有于具有永久永久偶极的极性分子间。偶极的极性分子间。 + + HCl CH3I B 氢键氢键 H O H F H N 三三 有机反应的类型有机反应的类型 1）共价键断裂的两种共价键断裂的两种基本基本类型类型 C:Y C+Y C:- + Y+ C:Y C + :Y- 均裂均裂 异裂异裂 Cl :Cl Cl+Cl H=+2424KJ/MOL 均裂均裂 2）自由基）自由基反应和离子型反应反应和离子型反应 自由基（游离基）反应:共价键均裂成自由基而引起的反应称 为自由基反应

16、。 离子型反应：共价键异裂成离子而引起的反应称为离子型反 应。分为亲核反应和亲电反应。 给给电体电体(亲亲核核试剂试剂）（）（ Nu- ) 进攻带部份正电子的碳原子而进攻带部份正电子的碳原子而 发生的反应叫亲核反应。发生的反应叫亲核反应。 亲电体亲电体（亲电试剂如金属离子和（亲电试剂如金属离子和H+ ） 进攻反应物带部份进攻反应物带部份 负电荷的位置而产生负电荷的位置而产生的反应叫亲电反应。的反应叫亲电反应。 CH2CH2HCl CH3CH2Cl CH3ClH2O NaOH CH3OHNaCl 3）协同）协同反应反应 旧化学键的断裂和新化学键的形成在同一步完成。旧化学键的断裂和新化学键的形成在

17、同一步完成。 路易斯酸：凡是能接受外来电子对的都叫酸，具有亲电性，路易斯酸：凡是能接受外来电子对的都叫酸，具有亲电性， 又叫亲又叫亲 电电 试剂。试剂。 路易斯碱：凡是能给予电子对的都叫碱，具有亲核性，又路易斯碱：凡是能给予电子对的都叫碱，具有亲核性，又 叫亲核试剂。叫亲核试剂。 路易斯酸路易斯酸 路易斯碱路易斯碱 配合体配合体 AlCl3 + :Cl- Cl : AlCl3 H+ + OH- H2O A + :B A :B 四四 路易斯（路易斯（G.N.Lewis）酸碱理论）酸碱理论 33 五、研究有机物的方法五、研究有机物的方法 1.分离提纯。分离提纯。 （重结晶法、升华法、蒸馏、色层分析

18、）（重结晶法、升华法、蒸馏、色层分析） 2.纯度的检验。纯度的检验。 3.实验式和分子式的确定。实验式和分子式的确定。(有机元素自动分析仪有机元素自动分析仪,如如 CE-440快速元素分析仪快速元素分析仪） 4.结构式的确定。（物理和化学方法）结构式的确定。（物理和化学方法） 物理方法：如四大谱，红外、紫外、核磁共振、质谱。物理方法：如四大谱，红外、紫外、核磁共振、质谱。 如红外光谱：红外吸收峰的位置与强度如红外光谱：红外吸收峰的位置与强度反映了分子结反映了分子结 构上的特点构上的特点，可以用来鉴别未知，可以用来鉴别未知 物的结构组成或确定物的结构组成或确定 其化学基团；而吸收谱带的其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与化学基团的含吸收强度与化学基团的含 量有关，量有关，可用于定量分析和纯度鉴定。可用于定量分析和纯度鉴定。 C H H H H 楔形式 35 六六 有机化合物的分类有机化合物的分类 1.按按C的骨架的骨架 分类分类 开链化合物开链化合物 碳环化合物碳环化合物 杂